Особенности использования мазута в качестве резервного топлива

В данной статье представлен обзор основных особенностей и проблем хранения и использования мазута в качестве резервного топлива на предприятиях ТЭК.

Ключевые слова: мазут, хранение, резервное топливо, мазутное хозяйство, обводнение.

На теплоэнергетических предприятиях в настоящее время наибольшую популярность в качестве основного топлива имеет природный раз. Это напрямую следует из тех преимуществ, которыми данное топливо обладает перед тем же углём или мазутом. Однако, одним лишь природным газом ТЭЦ, ТЭС или котельная обойтись не могут. На случаи каких-либо инцидентов, например аварии на магистрали поставки газа, на любом предприятии этой отрасли должен находиться резервный (аварийный) источник топлива. По ряду причин сложилось так, что таким источником служит мазутное хозяйство. Стоит уточнить, что в роли резервного рассматривается только жидкое топливо, так как оно требует гораздо меньше специального оборудования и технологий, нежели твёрдое. Мазут же, являясь остаточным продуктом переработки нефти, имеет сравнительно низкую цену и довольно широко распространен. Некоторые котельные в регионах, где до сих пор отсутствует поставка природного газа, используют мазут в качестве основного источника топлива. Несмотря на ряд преимуществ, мазут также имеет и недостатки.

Целью данной статьи является обзор основных проблем при использовании мазута.

Поставка мазута на котельную.

Согласно СНиП II-35–76 «Котельные установки» запасы мазута должны составлять не менее десятисуточного расхода при доставке по железной дороге и пятисуточного при доставке с помощью автомобильного транспорта. Требования к качеству мазута и осуществлению его приемки представлены в ГОСТ 10585–75. В частности, в этом стандарте указано, что нефтеперерабатывающая промышленность должна поставлять мазут с влажностью от 0,3 до 15 %. Согласно тому же ГОСТ температура застывания топочных мазутов находится в пределах от 10 до 42 ^оС. Поэтому для слива мазута из прибывшей на станцию цистерны его нужно разогреть. В основном для этих целей используют острый пар, подаваемый в цистерну по специальным патрубкам. Подробно рассматривать технологию слива мазута не будем. Данный процесс детально представлен в работе Назмеева Ю. Г. [1]. Стоит отметить, что уже на этом этапе котельная должна расходовать некоторое количество вырабатываемого пара на собственные нужды, что понижает КПД станции. Параметры пара на мазутном хозяйстве следующие: давление 0,8–1,3 МПа, температура 200–250 ^оС [2]. Стоит отметить, что слив мазута, а также очистка цистерны паром является довольно вредным для атмосферы мероприятием, так пары нефтепродукта попадают в воздух. При этом следует иметь в виду и тот факт, что температура мазута не должна превышать температуру вспышки, составляющую 90 ^оС.

Подробный обзор мероприятий, повышающих эффективность слива мазута, можно найти в работе И. А. Мутугуллиной [3].

Хранение мазута.

Мазут хранится в специальных резервуарах, требования к которым описаны в ГОСТ 1510–84. Разновидностей ёмкостей для хранения мазута довольно много, самые распространенные из них представлены в работе «Мазутные хозяйства ТЭС» [1]. В рамках данной работы резервуары хранения мазута подробно рассматриваться не будут.

Для примера рассмотрим использование мазута на одной конкретной котельной (котельная «Молодёжная», город Санкт-Петербург). На данной котельной имеется два контура циркуляции мазута. Первый контур включает в себя подачу мазута из резервуара на кожухотрубные подогреватели, где мазут подогревается паром, отбираемым из паровых котлов котельной. Далее мазут поступает обратно в резервуар. По второму контуру подогретый мазут подается непосредственно к котлу и возвращается обратно. Именно второй контур ввиду близкой расположенности к котлу применяется для подачи мазута на горелки в случае необходимости использования резервного топлива. Непрерывная циркуляция мазута по этому контуру нужна для того, чтобы исключить застывание мазута в трубопроводе, пока он не используется. Такой способ позволяет минимизировать время перехода с основного топлива на резервное. Циркуляционный способ подогрева мазута используется на котельной только в отопительный период, остальное время мазут хранится в холодном состоянии.

Исходя из этого примера, можно выделить следующие дополнительные затраты, связанные с использованием мазута в качестве резервного источника топлива: отборы пара на подогреватели мазута и затраты электроэнергии для работы циркуляционных насосов. Из-за высокой вязкости мазута для осуществления его циркуляции требуются довольно мощные насосы.

Следует отметить, что на данный момент предпринимаются попытки применения различных способов понижения вязкости жидкого топлива, что позволило бы уменьшить затраты на его подогрев. Одной из идей является воздействие электростатического поля на жидкость [5], но такой вариант находится на стадии исследований и на практике пока не применяется.

Особой проблемой при использовании и хранении мазута является его обводнение. Данная особенность исходит из содержания в мазуте влаги, которая может проникать в него при его получении, транспортировке, хранении и подогреве, а также в значительной мере при сливе мазута из цистерн при доставке на станцию. Эту проблему можно назвать самой распространенной при хранении мазута, она достаточно подробно изучена, и для её решения предложено несколько способов.

Начнем с применения водомазутной эмульсии. То есть подготовки и использования мазута с содержанием воды 10–30 %. Такой способ позволяет сжигать обводненный мазут, снижает уровень вредных выбросов, повышает полноту сгорания и ликвидирует нагарообразование. Однако, этот способ влечет за собой повышение затрат тепла на подогрев топлива, что связано с увеличением теплоемкости [6]. Метод, основанный на подготовке водомазутной эмульсии представлен в патенте [7].

В работе «Термическое обезвоживание мазута» [8] рассмотрен метод избавления от воды, содержащейся в мазуте, путем её выпаривания при высоких температурах (170 ^оС).

Уже реализована и предоставляется в качестве услуги очистка обводненного мазута. Дело в том, что в процессе долгого хранения мазут расслаивается. Таким образом, верхний слой старого мазута может содержать до 10 % воды, а нижний до 30–50 %. Предлагаемый способ заключается в подогреве и выдержке мазута с последующим остыванием. По итогу таких мероприятий вода выпадает в нижние слои ёмкости, откуда её можно будет слить [9].

Еще одной немаловажной проблемой при хранении мазута является его «старение». В процессе длительного хранения из мазута испаряются легкие фракции, что приводит к повышению его вязкости и температуры вспышки. Как правило, после двух-трёх лет качественное сжигание такого мазута становится практически невозможным, и его надо заменять на новый [3]. А при еще более длительном хранении мазут может стать практически твёрдым, в таком случае вызывает большие трудности даже его извлечение с целью утилизации и очистка резервуара.

Выводы

На основе литературных данных можно сделать следующие выводы. Во-первых, приёмка, хранение и использование мазута в качестве резервного топлива приводит к неизбежным затратам пара на его обогрев, что понижает общую эффективность работы станции. Во-вторых, помимо стандартной процедуры очистки с использованием фильтров, необходимо избавляться от обводнения мазута, для чего требуется использование специального оборудования и дополнительные экономические затраты. В-третьих, очистка резервуаров хранения, а также непосредственно сжигание мазута сопровождается немалым объемом выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, для снижения которых требуется установка дополнительных элементов. Таким образом, на тепловых станциях, где мазут используется в качестве резервного топлива, следует проводить мероприятия по реконструкции мазутного хозяйства, с целью повышения эффективности хранения и использования мазута, а также минимизации его потребления. Возможно, стоит задуматься о полном отказе от использования данного и переходе на другое, например дизельное топливо или сжиженные углеводородные газы. Однако, такое решение требует отдельного исследования и расчетов, в особенности экономических, так как эти виды топлива дороже мазута, и большое значение будет иметь окупаемость данного мероприятия.

1. Назмеев Ю. Г. Мазутные хозяйства ТЭС. — М.: Издательство МЭИ, 2002. — 612 с.
2. Пособие для изучения «Правил технической эксплуатации электрических сетей» (тепломеханическая часть). — М.: ЭНАС, 2014. — 416 с.
3. Мутугуллина И. А. Пути решения проблем при использовании мазута. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/v/puti-resheniya-problem-pri-ispolzovanii-mazuta
4. Гумеров И. Р., Кувшинов Н. Е. Основные физико-химические свойства мазута. // Инновационная наука. 2016. № 4–3. С. 89–91.
5. Муканов Р. В., Свинцов И. Я. Влияние электростатического поля на вязкость жидкого топлива. // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2016. № 4–18. С. 48–53.
6. М. Ф. Шагеев, Э. М. Хайриева, Р. Ф. Хуснутдинов. Хранение обводненного мазута в резервуаре. // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 8. С. 93–94.
7. Булгаков Б. Б., Булгаков А. Б. Способ подготовки и хранения жидкого топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/212/2122890.html
8. Клыков М. В., Алушкина Т. В., Абросимова М. О. Термическое обезвоживание мазута. // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. № 2. С. 266–280.
9. Хранение обводненного мазута. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://мазутобводненный.рф/mazut-dlitelnogo-khraneniya